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문제 정의
- 이 결과는 지각의 융기 현상으로 지진해일이 발생하였을 때는 골 부분부터 시작되는 파도가 생성되어, 뒤에 기술하는 바와 같이 지진해일이 해안에 도달할 때 처내림(run-down) 현상을 일으킨 후 처올림(run-up) 현상이 나타남을 제시하고 있다. 또한 반대로 지각이 침강하는 경우에는 마루(crest) 부분부터 시작되는 파도가 생성되므로, 처내림 현상 없이 바로 처올림 현상과 함께 지진해일이 해안에 도달됨을 제시하고 있어, 융기 또는 침강과 같은 지진해일의 발생 형태에 따라 처내림 현상의 유무가 정해지는 것을 본 연구결과를 통해 예측할 수 있다.
- 본 연구에서는 일반적으로 복잡한 형상을 가지는 해저지형과 해안지형을 가진 영역에서 발생하는 쓰나미에 관한 수치해석 기술을 확립하기 위해 유한체적법에 기초하고 VOF 방법을 사용하는 상용 CFD 프로그램을 이용하여 지진해일을 수치해석하고, 지진해일의 발생, 전파현상을 해석하였으며, 해석결과를 토대로 쓰나미에 대한 기본적인 메커니즘을 파악하였다. 이를 위해 본 연구에서는 기존연구에서와 달리 연안류가 아닌 심해 진원지에서부터 육지까지를 계산영역으로 하였으며, 바닷물 속 유동을 관찰할 수 있도록 지진해일을 모사하기 위한 기존 3가지의 조파 방법과는 달리 실제 지진해일의 원리를 적용하여 진원지에서 바닷물을 융기시켜 파도를 생성시켰다.
- 본 연구의 목적은 유한체적법에 기초하고 VOF 방법을 사용하는 상용 CFD 프로그램을 이용하여 심해(deep sea) 진원지에서부터 육지까지를 계산영역으로 설정하면서도 합리적인 격자와 계산시간으로 예측할 수 있는 쓰나미에 관한 수치해석 기술을 확립하는 한편, 지진해일의 발생, 전파현상을 관찰하고, 해석결과를 토대로 쓰나미에 대한 기본적인 메커니즘을 파악하는 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 지진해일을 모사하기 위한 기존 3가지의 조파 방법과는 달리 실제 지진해일의 원리를 적용하여 진원지에서 바닷물을 융기시켜 파도를 생성시켰다.
- 특히 해안 방파제 부근 영역에는 가장 조밀하게 만들어 주어, 결과적으로 전체 계산영역에서 격자크기가 최소 5×10-5m(실제 길이로 환산하면 1 m)에서 최대길이 2×10-2m(실제 높이로 환산하면 약 400 m)인 비등간격 비정렬격자계(unstructured-grid)로 구성하였으며, 전체 셀(cell)의 개수는 총 667,547개로 이루어져 있다. 참고로 비정렬격자계 선택은 향후 복잡한 형상을 가지는 해저지형과 해안지형을 가진 쓰나미 해석을 용이하게 하기 위해서이다.
- 전술한 바와 같이 기존에 파도를 생성하는 방법으로 피스톤형 조파기를 모사하거나 해석영역 내에 파형의 초기 프로파일을 수치수조에 적용하여 파를 생성하는 기법은 연안류인 얇은 수심의 계산영역을 해석할 때 일반적으로 사용되고 있다. 하지만 본 해석은 지진이 일어나는 심해 진원지부터 해일의 발생과 전파 등의 거동을 살펴보기 위해 새로운 파도 생성법을 도입하였다. 즉 본 연구에서는 실제 지진해일의 원리를 적용하여 대칭축인 진원지에서 바닷물을 융기시켜 파도를 생성시켰으며, 진원지를 대칭축으로 잡고 파도가 원형의 형태로 퍼져 나가는 것으로 상정하여 실린더 좌표계를 사용하여 축대칭 문제로 해석하였다.
가설 설정
- 본 연구에서는 연안류는 물론이고 먼 바다 해저지진에 의해 발생된 파형과 진원지 주변의 유동까지를 관찰하기 위해 2011년 3월 11일 일본 동북부 해안에 발생된 지진해일을 참고하여 지진규모를 9.0으로 하고, 심해에서 육지까지 거리 약 470 km, 최대수심은 4 km인 축대칭 영역으로 단순하게 가정하였다. 또한 일반적으로 해저의 경사는 불규칙하고 비선형적이며, 장소에 따라 변하기 때문에 본 연구에서는 해석의 편의를 위해 미국 Massachusetts의 Revere 해안을 모사한 Briggs et al.
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